DE102007004091B4 - Component arrangement with a drift control zone having power semiconductor device - Google Patents

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Abstract

Bauelementanordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement (10), das aufweist: eine Driftzone (11), die zwischen einer ersten und einer zweiten Bauelementzone (12, 14, 52, 54) angeordnet ist, eine Driftsteuerzone (21), die benachbart zu der Driftzone (11) angeordnet ist und die durch eine Dielektrikumsschicht (29) gegenüber der Driftzone (11) dielektrisch isoliert ist, einer kapazitiven Speicheranordnung (50), die an die Driftsteuerzone (21) angeschlossen ist, einer Ladeschaltung (30), die zwischen die erste Bauelementzone (12; 52) und einen der Driftsteuerzone (21) zugewandten Anschluss der kapazitiven Speicheranordnung geschaltet ist wobei die Ladeschaltung (30) einen selbstleitenden Transistor mit einer Laststrecke und einem Steueranschluss aufweist, dessen Laststrecke zwischen die erste Bauelementzone (12; 52) und die kapazitive Speicheranordnung geschaltet ist und der abhängig von einer über der kapazitiven Speicheranordnung (50) anliegenden Spannung angesteuert ist.Component arrangement having a power semiconductor component (10) which has: a drift zone (11) which is arranged between a first and a second component zone (12, 14, 52, 54), a drift control zone (21) which is adjacent to the drift zone (11 ) and which is dielectrically insulated from the drift zone (11) by a dielectric layer (29), a capacitive storage arrangement (50) which is connected to the drift control zone (21), a charging circuit (30) which is connected between the first component zone ( 12; 52) and a connection of the capacitive storage arrangement facing the drift control zone (21) is connected, the charging circuit (30) having a normally on transistor with a load path and a control terminal, the load path of which is between the first component zone (12; 52) and the capacitive storage arrangement is switched and which is controlled depending on a voltage applied across the capacitive storage arrangement (50).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauelementanordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement, das eine Driftzone und eine benachbart zu der Driftzone angeordnete, dielektrisch gegenüber der Driftzone isolierte Driftsteuerzone aus einem Halbleitermaterial aufweist, die bei leitend angesteuertem Bauelement zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Driftzone dient.The present invention relates to a device arrangement comprising a power semiconductor device having a drift zone and a drift control zone of a semiconductor material disposed adjacent to the drift zone and dielectrically insulated from the drift zone, which serves to control a conductive channel in the drift zone when the device is driven.

Ein solches neuartiges Leistungsbauelement ist in der nach veröffentlichten DE 10 2005 039 331 A1 beschrieben.Such a novel power device is published in the after DE 10 2005 039 331 A1 described.

Zur Ausbildung eines leitenden Kanals in der Driftzone, werden Ladungsträger in der Driftsteuerzone benötigt, die bei einem als MOS-Transistor realisierten Bauelement aus einem Ansteuerstromkreis bzw. Gate-Stromkreis des Transistors geliefert werden können. Dies kann allerdings zu erheblich größeren Gateströmen als bei MOS-Transistoren ohne Driftsteuerzone führen, so dass herkömmliche Gate-Treiberschaltungen, deren Stromergiebigkeit für die Ansteuerung von Leistungshalbleiterbauelementen ohne Driftsteuerzone ausgelegt ist, bei diesen neuartigen Leistungsbauelementen unter Umständen nicht mehr einsetzbar sind. Darüber hinaus können Ladungsträger aus dem Ansteuerstromkreis erst bei einer ersten leitenden Ansteuerung des MOS-Transistors in die Driftsteuerzone fließen, so dass zu Beginn der leitenden Ansteuerung des MOS-Transistors noch nicht ausreichend Ladungsträger in der Driftsteuerzone zur Verfügung stehen, um einen leitenden Kanal in der Driftzone auszubilden. Ein niedriger Einschaltwiderstand, der solche Bauelemente grundsätzlich auszeichnet, wird daher erst zeitverzögert erreicht.In order to form a conductive channel in the drift zone, charge carriers are required in the drift control zone which, in the case of a component realized as a MOS transistor, can be supplied from a drive circuit or gate circuit of the transistor. However, this can lead to significantly larger gate currents than MOS transistors without drift control zone, so that conventional gate driver circuits, the current yield is designed for the control of power semiconductor devices without drift control zone, may no longer be used in these novel power devices. In addition, charge carriers from the drive circuit can flow into the drift control zone only during a first conductive activation of the MOS transistor, so that sufficient charge carriers are not yet available in the drift control zone at the beginning of the conductive drive of the MOS transistor to form a conductive channel in the drift control zone Form drift zone. A low on-resistance, which basically characterizes such components, is therefore only reached with a time delay.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bauelementanordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement, das eine Driftzone und eine Driftsteuerzone aufweist, zur Verfügung zu stellen, bei der eine durch die Driftsteuerzone bewirkte Verringerung des Einschaltwiderstandes bereits bei einer ersten leitenden Ansteuerung des Leistungshalbleiterbauelements erreicht wird.The object of the present invention is to provide a component arrangement having a power semiconductor component which has a drift zone and a drift control zone, in which a reduction of the on-resistance caused by the drift control zone is already achieved during a first conductive activation of the power semiconductor component.

Diese Aufgabe wird durch eine Bauelementanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a component arrangement according to claim 1. Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Bauelementanordnung umfasst bei der Erfindung ein Leistungshalbleiterbauelement mit einer Driftzone, die zwischen einer ersten und einer zweiten Bauelementzone angeordnet ist, und mit einer Driftsteuerzone aus einem Halbleitermaterial, die benachbart zu der Driftzone angeordnet ist und die durch eine Dielektrikumsschicht gegenüber der Driftzone dielektrisch isoliert ist, eine kapazitive Speicheranordnung, die an die Driftsteuerzone angeschlossen ist, und eine Ladeschaltung, die zwischen die erste Bauelementzone und die kapazitive Speicheranordnung geschaltet ist.The device arrangement in the invention comprises a power semiconductor device having a drift zone disposed between a first and a second device region and a drift control region of semiconductor material disposed adjacent to the drift region and dielectrically isolated by a dielectric layer opposite the drift region. a capacitive storage device connected to the drift control zone and a charging circuit connected between the first device region and the capacitive storage device.

Eine elektrische Ladung, die in der Driftsteuerzone zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Driftzone vorhanden sein muss, wird bei dieser Bauelementanordnung in der kapazitiven Speicheranordnung zwischengespeichert und wird während eines Betriebs des Bauelements über die Ladeschaltung aus einem elektrischen Potential an der ersten Bauelementzone, die Teil der Laststrecke des Leistungshalbleiterbauelements ist, bereitgestellt. Die elektrische Ladung für die Steuerung des leitenden Kanals in der Driftzone wird somit aus einem Lastkreis bezogen, in den die Laststrecke des Leistungshalbleiterbauelements während des Betriebs geschaltet ist, und steht kurz nach Anlagen einer Versorgungsspannung an das Leistungshalbleiterbauelement zur Verfügung.An electrical charge that must be present in the drift control zone for controlling a conductive channel in the drift zone is stored in the capacitive storage arrangement in this device arrangement and becomes during an operation of the device via the charging circuit of an electrical potential at the first device zone, the part the load path of the power semiconductor device is provided. The electrical charge for the control of the conductive channel in the drift zone is thus obtained from a load circuit, in which the load path of the power semiconductor device is switched during operation, and is available shortly after a supply voltage to the power semiconductor device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to figures.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, die ein Leistungshalbleiterbauelement mit einer Driftzone und einer Driftsteuerzone, eine kapazitive Ladungsspeicheranordnung und eine Ladeschaltung für die kapazitive Ladungsspeicheranordnung aufweist. 1 shows a first embodiment of a device arrangement according to the invention comprising a power semiconductor device having a drift zone and a drift control zone, a capacitive charge storage device and a charging circuit for the capacitive charge storage device.

2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der Bauelementanordnung gemäß 1. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram of the component arrangement according to 1 ,

3 veranschaulicht die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung der 1 und 2 anhand zeitlicher Signal- und Spannungsverläufe. 3 illustrates the operation of the device arrangement of the invention 1 and 2 using temporal signal and voltage curves.

4 zeigt eine Alternative für eines der in dem Ersatzschaltbild gemäß 2 dargestellten Bauelemente. 4 shows an alternative for one of the in the equivalent circuit diagram according to 2 illustrated components.

5 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung anhand des elektrischen Ersatzschaltbildes. 5 illustrates another embodiment of a device arrangement according to the invention with reference to the electrical equivalent circuit diagram.

6 zeigt Alternativen für einen in 5 dargestellten kapazitiven Spannungsteiler. 6 shows alternatives for one in 5 illustrated capacitive voltage divider.

7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung mit einer gegenüber der Driftsteuerzone gemäß 1 abgewandelten Driftsteuerzone. 7 shows an embodiment of a device arrangement according to the invention with respect to the drift control according to 1 modified drift control zone.

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, die ein als Leistungsdiode ausgebildetes Leistungshalbleiterbauelement aufweist. 8th shows an embodiment of a device arrangement according to the invention, a Having designed as a power diode power semiconductor device.

9 veranschaulicht eine mögliche Realisierung eines selbstleitenden Transistors der Ladeschaltung in einem Halbleiterkörper des Leistungshalbleiterbauelements. 9 illustrates a possible realization of a normally-on transistor of the charging circuit in a semiconductor body of the power semiconductor device.

10 veranschaulicht eine weitere mögliche Realisierung des selbstleitenden Transistors der Ladeschaltung in dem Halbleiterkörper des Leistungshalbleiterbauelements. 10 illustrates another possible implementation of the normally-on transistor of the charging circuit in the semiconductor body of the power semiconductor device.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente, Bauelementbereiche und Signale mit gleicher Bedeutung.In the figures, unless otherwise indicated, like reference characters designate like elements, component regions and signals having the same meaning.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, die ein Leistungshalbleiterbauelement 10 mit einer Driftzone 11 und einer Driftsteuerzone 21 aus einem Halbleitermaterial, eine an die Driftsteuerzone 21 angeschlossene kapazitive Ladungsspeicheranordnung 50 sowie eine Ladeschaltung für die kapazitive Speicheranordnung 50 aufweist. Das Leistungshalbleiterbauelement ist in 1 schematisch in einem Schnittbild dargestellt, das einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100 zeigt, in dem Halbleiterbauelementbereiche des Leistungshalbleiterbauelements 10 integriert sind. Die kapazitive Speicheranordnung 50 und die Ladeschaltung 30 sind in 1 anhand ihrer elektrischen Ersatzschaltbilder dargestellt. 1 shows an embodiment of a device arrangement according to the invention, which is a power semiconductor device 10 with a drift zone 11 and a drift control zone 21 of a semiconductor material, one to the drift control zone 21 connected capacitive charge storage device 50 and a charging circuit for the capacitive storage device 50 having. The power semiconductor device is in 1 schematically shown in a sectional view, which is a cross section through a semiconductor body 100 shows, in the semiconductor device regions of the power semiconductor device 10 are integrated. The capacitive storage arrangement 50 and the charging circuit 30 are in 1 illustrated by their electrical equivalent circuit diagrams.

Die Driftzone 11 ist bei dem in 1 dargestellten Leistungshalbleiterbauelement 10 Teil einer MOS-Transistorstruktur und in einer Stromflussrichtung r1 zwischen einer ersten Bauelementzone 12 und einer zweiten Bauelementzone 14 in dem Halbleiterkörper 100 angeordnet. Die erste Bauelementzone 12 ist bei der dargestellten MOS-Transistorstruktur eine Drainzone, die zweite Bauelementzone 14 ist eine Bodyzone, an die sich in der Stromflussrichtung r1 an einer der Driftzone 11 abgewandten Seite eine Sourcezone 17 anschließt. Zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Bodyzone 14 zwischen der Sourcezone 17 und der Driftzone 11 ist eine Gateelektrode 18 vorhanden, die benachbart zu der Bodyzone 14 angeordnet ist und die durch ein Gatedielektrikum 19 dielektrisch gegenüber der Bodyzone 14 isoliert ist.The drift zone 11 is at the in 1 shown power semiconductor device 10 Part of a MOS transistor structure and in a current flow direction r1 between a first device zone 12 and a second device zone 14 in the semiconductor body 100 arranged. The first component zone 12 in the illustrated MOS transistor structure is a drain zone, the second device zone 14 is a body zone to which in the current flow direction r1 at one of the drift zone 11 opposite side a source zone 17 followed. To control a conductive channel in the body zone 14 between the source zone 17 and the drift zone 11 is a gate electrode 18 present, which is adjacent to the bodyzone 14 is arranged and passed through a gate dielectric 19 dielectrically opposite the bodyzone 14 is isolated.

Die Drainzone 12 ist durch eine Drainelektrode 13 kontaktiert und die Sourcezone 17 ist durch eine Sourceelektrode 16 kontaktiert, die darüber hinaus die Bodyzone 14 kontaktiert und dadurch die Sourcezone 17 und die Bodyzone 14 kurzschließt. Die Sourceelektrode 16 ist in dem dargestellten Beispiel über eine höher als die Bodyzone 14 dotierte Anschlusszone 15 an die Bodyzone 14 angeschlossen.The drain zone 12 is through a drain electrode 13 contacted and the source zone 17 is through a source electrode 16 in addition, the bodyzone 14 contacted and thereby the source zone 17 and the bodyzone 14 shorts. The source electrode 16 in the example shown is higher than the bodyzone 14 doped connection zone 15 to the bodyzone 14 connected.

Die dargestellte Transistorstruktur ist eine Transistorstruktur eines selbstsperrenden n-MOSFET. Die Sourcezone 17, die Driftzone 11 und die Drainzone 12 sind hierbei n-dotiert und komplementär dotiert zu der p-dotierten Bodyzone 14. Die Gateelektrode 18 dient bei diesem Bauelement zur Steuerung eines Inversionskanals in der Bodyzone 14 zwischen der Sourcezone 17 und der Driftzone 11. Die dargestellte Transistorstruktur ist darüber hinaus eine vertikale Transistorstruktur; die Drainzone 12, die Driftzone 11, die Bodyzone 14 und die Sourcezone 17 sind hierbei in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 benachbart zueinander angeordnet. Diese vertikale Richtung des Halbleiterkörpers 100 entspricht in dem dargestellten Beispiel der Stromflussrichtung r1, in der die Driftzone 11 bei leitend angesteuertem Bauelement in noch zu erläuternder Weise von einem Strom durchflossen wird. Die dargestellte Transistorstruktur ist eine Trench-Transistorstruktur. Die Gateelektrode 18 erstreckt sich hierbei ausgehend von einer ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird, in einer vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper hinein und reicht – jeweils isoliert durch das Gatedielektrikum 19 – von der Sourcezone 17 über die Bodyzone 14 bis in die Driftzone 11.The illustrated transistor structure is a transistor structure of a normally-off n-MOSFET. The source zone 17 , the drift zone 11 and the drainage zone 12 are here n-doped and complementarily doped to the p-doped body zone 14 , The gate electrode 18 used in this device to control an inversion channel in the body zone 14 between the source zone 17 and the drift zone 11 , The illustrated transistor structure is also a vertical transistor structure; the drain zone 12 , the drift zone 11 , the body zone 14 and the source zone 17 are here in a vertical direction of the semiconductor body 100 arranged adjacent to each other. This vertical direction of the semiconductor body 100 corresponds in the illustrated example, the current flow direction r1, in which the drift zone 11 in the case of a conductive component, a current flows through it in a way that will be explained later. The illustrated transistor structure is a trench transistor structure. The gate electrode 18 extends here starting from a first page 101 of the semiconductor body 100 , which is hereinafter referred to as the front, in a vertical direction in the semiconductor body and extends - each isolated by the gate dielectric 19 - from the source zone 17 about the bodyzone 14 into the drift zone 11 ,

In einer von der Stromflussrichtung r1 abweichenden Richtung r2, die in 1 zu Zwecken der Erläuterung senkrecht zu der Stromflussrichtung r1 verläuft, ist eine aus einem Halbleitermaterial, insbesondere einem einkristallinen Halbleitermaterial, bestehende Driftsteuerzone 21 benachbart zu der Driftzone 11 angeordnet. Diese Driftsteuerzone 21 ist mittels eines Driftsteuerzonendielektrikums 29 dielektrisch gegenüber der Driftzone 11 isoliert und weist in dem dargestellten Beispiel zwei Anschlüsse bzw. Anschlusselektroden, nämlich eine erste Anschlusselektrode 23 und eine zweite Anschlusselektrode 26 auf die die Driftsteuerzone 21 in der Stromflussrichtung r1 an jeweils gegenüberliegenden Enden kontaktieren. Optional sind zwischen den Anschlusselektroden 23, 26 und der Driftsteuerzone 21 höher als die Driftsteuerzone 21 dotierte Anschlusszonen 22, 27 angeordnet, die für einen niederohmigen Kontakt zwischen den Anschlusselektroden 23, 26 und der Driftsteuerzone 21 sorgen.In a direction deviating from the current flow direction r1 direction r2, the in 1 For purposes of explanation, extending perpendicular to the current flow direction r1 is a drift control zone made of a semiconductor material, in particular a monocrystalline semiconductor material 21 adjacent to the drift zone 11 arranged. This drift control zone 21 is by means of a drift control zone dielectric 29 dielectric with respect to the drift zone 11 isolated and has in the illustrated example two terminals or terminal electrodes, namely a first terminal electrode 23 and a second terminal electrode 26 on the drift control zone 21 in the current flow direction r1 contact at each opposite ends. Optional are between the connection electrodes 23 . 26 and the drift control zone 21 higher than the drift control zone 21 doped connection zones 22 . 27 arranged for a low-resistance contact between the terminal electrodes 23 . 26 and the drift control zone 21 to care.

Die Driftsteuerzone 21 ist in dem dargestellten Beispiel über ein Gleichrichterelement 41, beispielsweise eine Diode, an die Drainzone 12 angeschlossen. Dieses Gleichrichterelement 41 ist so verschaltet, dass das elektrische Potential in der Driftsteuerzone 21 über den Wert eines elektrischen Potentials der Drainzone 12 ansteigen kann, dass das elektrische Potential in der Driftzonesteuerzone 21 jedoch nicht oder nur um einen definierten Wert, in dem Beispiel die Durchlassspannung der Diode 41, unter das elektrische Potential der Drainzone 12 absinken kann.The drift control zone 21 is in the illustrated example via a rectifier element 41 , for example a diode, to the drain zone 12 connected. This rectifier element 41 is connected so that the electrical potential in the drift control zone 21 about the value of an electric potential of the drain zone 12 can increase that the electric potential in the drift zone control zone 21 however, not or only by a defined value in which Example, the forward voltage of the diode 41 , below the electrical potential of the drain zone 12 can fall.

Die kapazitive Ladungsspeicheranordnung 50 ist an den zweiten Anschluss 26 der Driftsteuerzone 21 angeschlossen und in dem Beispiel als Kondensator 50 realisiert, der zwischen diese zweite Anschlusszone 26 und die Sourcezone 17 bzw. die Bodyzone 14 des Leistungshalbleiterbauelements bzw. Leistungstransistors geschaltet ist.The capacitive charge storage device 50 is at the second port 26 the drift control zone 21 connected and in the example as a capacitor 50 realized that between this second connection zone 26 and the source zone 17 or the bodyzone 14 the power semiconductor component or power transistor is connected.

Die Ladeschaltung 30 für die kapazitive Ladungsspeicheranordnung 50 ist zwischen die Drainzone 12 und einen der Driftsteuerzone 21 zugewandten Anschluss der kapazitiven Ladungsspeicheranordnung 50 geschaltet. Diese Ladeschaltung 30 umfasst einen selbstleitenden Transistor 31 mit einer Laststrecke und einem Steueranschluss sowie in dem dargestellten Beispiel ein Gleichrichterelement 32, beispielsweise eine Diode. Eine Reihenschaltung mit der Laststrecke des selbstleitenden Transistors 31 und der Diode 32 ist hierbei zwischen die Drainzone 12 und die kapazitive Ladungsspeicheranordnung 50 geschaltet. Ein Ansteuerung des selbstleitenden Transistors 31 erfolgt abhängig von einer elektrischen Spannung V50 über dem Kondensator der kapazitiven Ladungsspeicheranordnung 50. Der Steueranschluss des selbstleitenden Transistors 31 ist in dem dargestellten Beispiel hierzu an den der Driftsteuerzone 21 abgewandten Anschluss des Kondensators bzw. an die Source- und Bodyzone 17, 14 angeschlossen.The charging circuit 30 for the capacitive charge storage device 50 is between the drain zone 12 and one of the drift control zones 21 facing terminal of the capacitive charge storage device 50 connected. This charging circuit 30 includes a normally-on transistor 31 with a load path and a control terminal and in the illustrated example a rectifier element 32 For example, a diode. A series circuit with the load path of the normally-on transistor 31 and the diode 32 is here between the drain zone 12 and the capacitive charge storage device 50 connected. A control of the normally-on transistor 31 occurs as a function of an electrical voltage V50 across the capacitor of the capacitive charge storage device 50 , The control terminal of the normally-on transistor 31 In the example shown, this is at the drift control zone 21 remote connection of the capacitor or to the source and body zone 17 . 14 connected.

Die Driftsteuerzone 21 dient bei dem dargestellten Leistungshalbleiterbauelement 10 in noch zu erläuternder Weise zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Driftzone 11 entlang des Driftsteuerzonendielektrikums 29. Diese Driftsteuerzone 21 bewirkt hierbei eine Verringerung des Einschaltwiderstandes des Leistungshalbleiterbauelements 10 im Vergleich zu Leistungshalbleiterbauelementen 10, die eine Driftzone gleicher Dotierung jedoch keine Driftsteuerzone aufweisen. Alternativ ermöglicht die Driftsteuerzone 21 eine Verringerung der Dotierungskonzentration der Driftzone 11, und damit eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit der MOS-Transistorstruktur bei gleichem Einschaltwiderstand.The drift control zone 21 serves in the illustrated power semiconductor device 10 in a manner to be explained, for controlling a conductive channel in the drift zone 11 along the drift control zone dielectric 29 , This drift control zone 21 causes a reduction of the on-resistance of the power semiconductor device 10 in comparison to power semiconductor components 10 However, a drift zone of the same doping have no drift control zone. Alternatively, the drift control zone allows 21 a reduction in the doping concentration of the drift zone 11 , and thus an increase in the dielectric strength of the MOS transistor structure with the same on-resistance.

Das Leistungshalbleiterbauelement 10 kann zellenartig aufgebaut sein, kann also eine Vielzahl gleichartig aufgebauter und parallel geschalteter Transistorstrukturen mit jeweils einer benachbart zur Driftzone einer Transistorstruktur angeordneten Driftsteuerzone aufweisen. Ein derartiger Aufbau mit einer Vielzahl gleichartiger Strukturen ist in 1 gestrichelt angedeutet. Die Zellen können insbesondere als sogenannte Streifenzellen realisiert sind, die in 1 dargestellten Bauelementstrukturen sind in einer Richtung senkrecht zu der dargestellten Zeichenebene dann langgestreckt ausgebildet.The power semiconductor device 10 may be constructed like a cell, so may have a plurality of identically constructed and parallel-connected transistor structures each having a drift control zone adjacent to the drift zone of a transistor structure. Such a structure with a plurality of similar structures is in 1 indicated by dashed lines. The cells can be realized in particular as so-called stripe cells, which are in 1 shown component structures are then formed in an elongated direction perpendicular to the plane of the drawing shown.

Die Zellen können darüber hinaus auch als polygonale, beispielsweise quadratische oder hexagonale Zellen realisiert sein. Die Driftzonen besitzen hierbei einen polygonalen Querschnitt und sind in der senkrecht zu der dargestellten Zeichenebene verlaufenden Ebene von der Driftsteuerzone umgeben.In addition, the cells can also be realized as polygonal, for example square or hexagonal cells. The drift zones in this case have a polygonal cross-section and are surrounded by the drift control zone in the plane extending perpendicular to the plane of the drawing shown.

Ein elektrisches Ersatzschaltbild der in 1 dargestellten Bauelementanordnung mit dem Leistungshalbleiterbauelement 10, der kapazitiven Ladungsspeicheranordnung 50 sowie der Ladeschaltung 30 ist in 2 dargestellt. Das Leistungshalbleiterbauelement 10 mit der MOS-Transistorstruktur und der benachbart zu der Driftzone 11 angeordneten Driftsteuerzone ist in 2 als Reihenschaltung eines selbstsperrenden MOSFET T1 und eines selbstleitenden MOSFET T2 dargestellt. Der selbstsperrende MOSFET T1 repräsentiert hierbei die Transistorstruktur mit der Sourcezone 17, der Bodyzone 14 und der Gateelektrode 18. Das Bezugszeichen Rg in 2 bezeichnet einen Gatewiderstand des selbstsperrenden Transistors, der unvermeidlich vorhandene Leitungswiderstände berücksichtigt. Der selbstleitende MOSFET T2 repräsentiert die Driftzone 11, deren Leitfähigkeitsverhalten durch die Driftsteuerzone 21 gesteuert ist. Ein Steueranschluss des JFET entspricht hierbei dem zweiten Anschluss 26 der Driftsteuerzone 21. Die Driftsteuerzone ist in diesem Schaltbild durch einen weiteren selbstleitenden MOSFET repräsentiert, dessen Laststrecke über die Diode 14 an die Drainzone des Leistungstransistors angeschlossen ist.An electrical equivalent circuit diagram in 1 shown component arrangement with the power semiconductor device 10 , the capacitive charge storage device 50 as well as the charging circuit 30 is in 2 shown. The power semiconductor device 10 with the MOS transistor structure and adjacent to the drift zone 11 arranged drift control zone is in 2 shown as a series connection of a normally-off MOSFET T1 and a normally-on MOSFET T2. The self-blocking MOSFET T1 represents the transistor structure with the source zone 17 , the body zone 14 and the gate electrode 18 , The reference Rg in 2 denotes a gate resistance of the normally-off transistor, which inevitably takes into account existing line resistance. The normally-on MOSFET T2 represents the drift zone 11 , whose conductivity behavior through the drift control zone 21 is controlled. A control terminal of the JFET corresponds to the second terminal 26 the drift control zone 21 , The drift control zone is represented in this diagram by another self-conducting MOSFET whose load path across the diode 14 is connected to the drain of the power transistor.

Das Ersatzschaltbild in 2 enthält zwei weitere optionale Bauelemente 34, 35, deren Funktionsweise nachfolgend noch erläutert werden wird.The equivalent circuit diagram in 2 contains two more optional components 34 . 35 whose operation will be explained below.

Die Funktionsweise des bislang erläuterten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 sowie unter Bezugnahme auf 3 erläutert. 3 zeigt zeitliche Verläufe einer Ansteuerspannung bzw. einer Gate-Source-Spannung Vgs der MOS-Transistorstruktur, einer Spannung V50 über der kapazitiven Ladungsspeicheranordnung 50, sowie einer Laststreckenspannung bzw. Drain-Source-Spannung der MOS-Transistorstruktur. Zu Zwecken der Erläuterung wird hierbei angenommen, dass die Laststrecke bzw. Drain-Source-Strecke der MOS-Transistorstruktur in Reihe zu einer Last Z zwischen Klemmen für ein erstes Versorgungspotential bzw. positives Versorgungspotential V und ein zweites Versorgungspotential, bzw. negatives Versorgungspotential oder Bezugspotential GND, geschaltet ist.The operation of the previously explained embodiment of the device arrangement according to the invention will be described below with reference to the 1 and 2 and with reference to 3 explained. 3 shows time profiles of a drive voltage or a gate-source voltage Vgs of the MOS transistor structure, a voltage V50 across the capacitive charge storage device 50 , and a load path voltage or drain-source voltage of the MOS transistor structure. For purposes of explanation, it is assumed here that the load path or drain-source path of the MOS transistor structure is connected in series with a load Z between terminals for a first supply potential or positive supply potential V and a second supply potential, or negative supply potential or reference potential GND, is switched.

Die zeitliche Darstellung in 3 beginnt zu einem Zeitpunkt t0. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass zu diesem Zeitpunkt t0 Versorgungspotentiale V, GND an die Versorgungspotentialklemmen angelegt werden, bzw. dass eine Versorgungsspannung zwischen diesen Versorgungspotentialklemmen angelegt wird, wobei das erste Versorgungspotential wie dargestellt zum Zeitpunkt t0 mit endlicher Flankensteilheit ansteigt. Mit Anlegen dieser Versorgungsspannung fließt ein Strom über den selbstleitenden Transistor 31 und die Diode 32 auf den Speicherkondensator 50, die in Reihe zueinander und parallel zur Laststrecke D–S des Leistungshalbleiterbauelements 10 geschaltet sind. Die Spannung über dem Speicherkondensator 50 steigt hierbei soweit an, bis eine Ansteuerspannung V31 des selbstleitenden Transistors 31 den Wert der Abschnürspannung (Pinch-Off-Spannung) des selbstleitenden Transistors 31 erreicht. Der dargestellte selbstleitende Transistor 31 ist ein n-leitender Transistor der bei einer negativen Ansteuerspannung bzw. Gate-Source-Spannung V31 abschnürt. Ein Source-Anschluss dieses selbstleitenden Transistors 31 ist hierbei über die Diode 32 an den der Driftsteuerzone zugewandten Anschluss des Speicherkondensators 50 angeschlossen, und der Steueranschluss bzw. Gateanschluss des selbstleitenden Transistors 31 ist an den der Driftsteuerzone abgewandten Anschluss des Speicherkondensators 50 angeschlossen. Der Transistor 31 sperrt, wenn die Summe aus der Durchlassspannung V32 der Diode 32 und der über dem Speicherkondensator 50 anliegenden Spannung V50 betragsmäßig den Wert der Abschnürspannung erreicht. Über dem Speicherkondensator 50 stellt sich dann eine Spannung V50 ein, die dieser Abschnürspannung – die in 3 mit Vp bezeichnet ist – abzüglich der Durchlassspannung V32 der Diode 32 entspricht. Bedingt durch den Ladevorgang des Speicherkondensators 50 steigt die Laststreckenspannung Vds des zunächst sperrend angesteuertem Leistungshalbleiterbauelements 10 nicht unmittelbar sondern entsprechend der Ladekurve des Speicherkondensators 50 auf den Wert der Versorgungsspannung V an, was ebenfalls in 3 dargestellt ist. Der Ladestrom des Speicherkondensators 50 wird dabei im Wesentlichen durch den Einschaltwiderstand des selbstleitenden Transistors 31 begrenzt. The temporal representation in 3 starts at a time t0. For purposes of explanation, assume that at this time t0, supply potentials V, GND are applied to the supply potential terminals, or that a supply voltage is applied between these supply potential terminals, the first supply potential rising as shown at time t0 with finite edge steepness. With the application of this supply voltage, a current flows through the normally-on transistor 31 and the diode 32 on the storage capacitor 50 in series with each other and parallel to the load path D-S of the power semiconductor device 10 are switched. The voltage across the storage capacitor 50 in this case increases until a drive voltage V31 of the normally-on transistor 31 the value of the pinch-off voltage (pinch-off voltage) of the normally-on transistor 31 reached. The illustrated self-conducting transistor 31 is an n-type transistor which pinches off at a negative drive voltage or gate-source voltage V31. A source terminal of this normally-on transistor 31 is here via the diode 32 to the drift control zone facing the terminal of the storage capacitor 50 connected, and the control terminal or gate terminal of the normally-on transistor 31 is at the side facing away from the drift control zone terminal of the storage capacitor 50 connected. The transistor 31 locks when the sum of the forward voltage V32 of the diode 32 and the one above the storage capacitor 50 applied voltage V50 amount reached the value of the pinch-off. Above the storage capacitor 50 Then, a voltage V50 is set, which this pinch-off voltage - the in 3 is denoted by Vp minus the forward voltage V32 of the diode 32 equivalent. Due to the charging process of the storage capacitor 50 increases the load path voltage Vds of the initially blocking driven power semiconductor device 10 not immediately but according to the charging curve of the storage capacitor 50 to the value of the supply voltage V an, which is also in 3 is shown. The charging current of the storage capacitor 50 This is essentially due to the on-resistance of the normally-on transistor 31 limited.

Zu einem Zeitpunkt t1 wird das Leistungshalbleiterbauelement 10 leitend angesteuert. Hierzu wird an die Gateelektrode 18 ein geeignetes elektrisches Potential bzw. eine geeignete Gate-Source-Spannung Vgs angelegt, durch welche sich entlang des Gatedielektrikums 19 ein Inversionskanal in der Bodyzone 14 ausbildet. Dieser Inversionskanal ermöglicht einen Elektronenfluss von der Sourcezone 17 über den Inversionskanal in der Bodyzone 14 und die Driftzone 11 zur Drainzone 12, wodurch der elektrische Widerstand der Laststrecke abnimmt und die anliegende Drain-Source-Spannung Vds somit abnimmt. Gleichzeitig fließen mit beginnender Ansteuerung der MOS-Transistorstruktur zuvor in dem Speicherkondensator 50 gespeicherte Ladungsträger in die Driftsteuerzone 21, die die Driftsteuerzone 21 gegenüber der Driftzone 11 positiv aufladen.At a time t1, the power semiconductor device becomes 10 energized. For this purpose, the gate electrode 18 a suitable electrical potential or a suitable gate-source voltage Vgs applied, through which along the gate dielectric 19 an inversion channel in the bodyzone 14 formed. This inversion channel allows electron flow from the source zone 17 via the inversion channel in the bodyzone 14 and the drift zone 11 to the drain zone 12 , whereby the electrical resistance of the load path decreases and the applied drain-source voltage Vds thus decreases. At the same time flow with the beginning of driving the MOS transistor structure previously in the storage capacitor 50 stored charge carriers in the drift control zone 21 containing the drift control zone 21 opposite the drift zone 11 positively charge.

Die Diode 41 zwischen der Driftsteuerzone 21 und der Drainzone 12 verhindert hierbei, dass die positiven Ladungsträger aus der Driftsteuerzone 21 in Richtung des Drainanschlusses D abfließen. Die Spannungsfestigkeit dieser Diode 41 begrenzt dabei die Spannung, um welche das elektrische Potential der Driftsteuerzone 21 bei leitend angesteuertem Bauelement oberhalb des elektrischen Potentials der Drainzone 12 bzw. der Driftzone 11 liegen kann. Diese Spannungsfestigkeit kann insbesondere so gewählt werden, dass sie größer ist als die Spannung, auf welche der Speicherkondensator 50 während des Betriebs des Bauelements maximal aufgeladen wird. Die Diode 41 verhindert dann grundsätzlich, dass positive Ladung aus der Driftsteuerzone 21 in Richtung des Drainanschlusses D abfließen kann. Die in Reihe zu der Laststrecke des selbstleitenden Transistors 31 geschaltete Diode ist so verschaltet, dass sie ein Abfließen von Ladungsträgern aus dem Speicherkondensator 50 über den selbstleitenden Transistor 31 an Drainpotential D verhindert.The diode 41 between the drift control zone 21 and the drainage zone 12 prevents the positive charge carriers from the drift control zone 21 drain in the direction of the drain terminal D. The dielectric strength of this diode 41 limits the voltage by which the electrical potential of the drift control zone 21 in the case of a conductively controlled component above the electrical potential of the drain zone 12 or the drift zone 11 can lie. In particular, this dielectric strength can be chosen such that it is greater than the voltage to which the storage capacitor 50 is maximally charged during operation of the device. The diode 41 then basically prevents that positive charge from the drift control zone 21 can drain in the direction of the drain terminal D. In series with the load path of the normally-on transistor 31 switched diode is connected so that it drains charge carriers from the storage capacitor 50 via the self-conducting transistor 31 at drain potential D prevented.

Die bei leitend angesteuertem Leistungshalbleiterbauelement 10 in der Driftsteuerzone 21 vorhandene positive Ladung bewirkt die Ausbildung eines Akkumulationskanals in der Driftzone 11 entlang des Driftsteuerzonendielektrikums 29. Dieser Akkumulationskanal führt in bereits erläuterter Weise zu einer Verringerung des Einschaltwiderstandes des Leistungshalbleiterbauelements oder ermöglicht bei gleichem Einschaltwiderstand eine niedrigere Dotierung der Driftsteuerzone und damit eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit.The conductive semiconductor power component 10 in the drift control zone 21 existing positive charge causes the formation of an accumulation channel in the drift zone 11 along the drift control zone dielectric 29 , This accumulation channel leads in a manner already explained to a reduction in the on-resistance of the power semiconductor component or, with the same on-resistance, enables a lower doping of the drift control zone and thus an increase in the dielectric strength.

Ein in 3 dargestelltes Absinken der Spannung V50 über dem Speicherkondensator bei Einschalten des Leistungshalbleiterbauelements resultiert aus einem Abfluss elektrischer Ladung aus dem Speicherkondensator 50 in die Driftsteuerzone 21 bzw. auf eine Driftsteuerzonenkapazität, die durch die Driftsteuerzone 21, das Driftsteuerzonendielektrikum 29 und die Driftzone 11 gebildet wird.An in 3 the illustrated decrease in the voltage V50 across the storage capacitor when the power semiconductor component is switched on results from an outflow of electrical charge from the storage capacitor 50 in the drift control zone 21 or to a drift control zone capacity passing through the drift control zone 21 , the drift control zone dielectric 29 and the drift zone 11 is formed.

Die zur Ausbildung des Akkumulationskanals in der Driftsteuerzone 21 erforderliche elektrische Ladung steht bei der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung bereits kurz nach Anlegen einer Versorgungsspannung, und damit üblicherweise deutlich vor einer ersten leitenden Ansteuerung des Leistungshalbleiterbauelements 10, zur Verfügung. Das elektrische Potential, um welches die Driftsteuerzone 21 über dem elektrischen Potential der Driftzone 11 liegt, kann bei dieser Bauelementanordnung über die Abschnürspannung des selbstleitenden Transistors 31 der Ladeschaltung 30 eingestellt werden. Dieses elektrische Potential kann insbesondere so eingestellt werden, dass es oberhalb des Gatepotentials bei leitender Ansteuerung des Leistungshalbleiterbauelements liegt. Da bei der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung über die Abschnürspannung des selbstleitenden Transistors 31 eine sehr hohe Kondensatorspannung V50, und damit eine hohe Potentialdifferenz zwischen dem elektrischen Potential der Driftsteuerzone 21 und der Driftzone 11 bei leitendem Bauelement einstellbar sind, ergibt sich zum Einen ein ausgeprägter Akkumulationseffekt, und damit eine wirksame Reduktion des Einschaltwiderstandes. Zum Anderen kann mit steigender Potentialdifferenz bei gleichem Akkumulationseffekt ein dickeres Driftsteuerzonendielektrikum 29 verwendet werden. Ein solches dickeres Driftsteuerzonendielektrikum ist einfacher herstellbar und robuster als ein dünnes Dielektrikum.The for forming the accumulation channel in the drift control zone 21 required electrical charge is in the device arrangement according to the invention already shortly after applying a supply voltage, and thus usually clearly before a first conductive activation of the power semiconductor device 10 , to disposal. The electrical potential around which the drift control zone 21 above the electrical potential of the drift zone 11 can, in this device arrangement via the pinch-off voltage of the normally-on transistor 31 the charging circuit 30 be set. In particular, this electrical potential can be adjusted such that it lies above the gate potential when the power semiconductor component is driven in a conductive manner. As in the case of the component arrangement according to the invention via the pinch-off voltage of the normally-on transistor 31 a very high capacitor voltage V50, and thus a high potential difference between the electrical potential of the drift control zone 21 and the drift zone 11 are adjustable with conductive component, on the one hand results in a pronounced accumulation effect, and thus an effective reduction of the on-resistance. On the other hand, with increasing potential difference with the same accumulation effect, a thicker drift control zone dielectric can be used 29 be used. Such a thicker drift control zone dielectric is easier to fabricate and more robust than a thin dielectric.

Wird das Bauelement sperrend angesteuert, was in 3 durch eine fallende Flanke der Ansteuerspannung Vgs zum Zeitpunkt t2 dargestellt ist, so wird der Inversionskanal in der Bodyzone 14 unterbrochen und ausgehend von einem pn-Übergang zwischen der Bodyzone 14 und der komplementär dazu dotierten Driftzone 11 breitet sich eine Raumladungszone in Richtung der Drainzone 12 in der Driftzone 11 aus. Die Raumladungszone breitet sich mit zunehmender Laststreckenspannung Vds weiter in Richtung der Drainzone 12 aus.If the device is driven blocking, which is in 3 is represented by a falling edge of the drive voltage Vgs at time t2, the inversion channel in the body zone 14 interrupted and starting from a pn junction between the bodyzone 14 and the complementarily doped drift zone 11 a space charge zone spreads in the direction of the drain zone 12 in the drift zone 11 out. The space charge zone continues to propagate in the direction of the drain zone as the load path voltage Vds increases 12 out.

Bei sperrend angesteuertem Bauelement steigt das Drainpotential im Vergleich zum Sourcepotential an. Entsprechend steigt bedingt durch die Diode 41 das elektrische Potential in der Driftsteuerzone 21 gegenüber dem Sourcepotential an. Die bei leitend angesteuertem Bauelement aus dem Speicherkondensator 50 in die Driftsteuerzone 21 geflossenen positiven Ladungsträger werden dadurch zurück in den Speicherkondensator 50 verschoben. Eine Spannung V50 über dem Speicherkondensator 50 steigt hierdurch auf den ursprünglichen Spannungswert vor Einschalten des Leistungshalbleiterbauelements an. Steigt das Drainpotential weiter an, nachdem die Spannung V50 über dem Speicherkondensator 50 ihren ursprünglichen Wert erreicht hat, so beginnt sich in der Driftsteuerzone 21 eine Raumladungszone zwischen den beiden Anschlusszonen 22, 27 auszubilden, innerhalb der das elektrische Potential in der Driftsteuerzone 21 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 in Richtung der Vorderseite 101 zunimmt. Die Driftsteuerzone 21 ist hierbei ausreichend niedrig dotiert, dass sich eine solche Raumladungszone ausbreiten kann. Die Ausbreitung einer solchen Raumladungszone wird dadurch unterstützt, dass die auf Sourcepotential liegende Bodyzone 14 und deren Anschlusszone über das Driftsteuerzonendielektrikum 29 an die Driftsteuerzone gekoppelt sind. Der obere Bereich der Driftsteuerzone wirkt in Verbindung mit der Bodyzone 14, 15 hierbei als selbstleitender Transistor, der bei ansteigendem Potential in der Driftsteuerzone 21 sperrt.When the component is turned off, the drain potential increases in comparison to the source potential. Accordingly increases due to the diode 41 the electrical potential in the drift control zone 21 opposite to the source potential. The conductive component of the storage capacitor 50 in the drift control zone 21 flowed positive charge carriers are thereby returned to the storage capacitor 50 postponed. A voltage V50 across the storage capacitor 50 This increases to the original voltage value before switching on the power semiconductor component. If the drain potential continues to increase after the voltage V50 across the storage capacitor 50 has reached its original value, so begins in the drift control zone 21 a space charge zone between the two connection zones 22 . 27 within which the electrical potential in the drift control zone 21 in the vertical direction of the semiconductor body 100 towards the front 101 increases. The drift control zone 21 is sufficiently low doped that can propagate such a space charge zone. The propagation of such a space charge zone is supported by the fact that the lying on source potential body zone 14 and its terminal zone via the drift control zone dielectric 29 coupled to the drift control zone. The upper part of the drift control zone works in conjunction with the body zone 14 . 15 here as a self-conducting transistor, the rising potential in the drift control zone 21 locks.

Bei sperrend angesteuerter MOS-Transistorstruktur steigt das elektrische Potential in der Driftzone 11 ausgehend von der Drainzone 12 in Richtung des pn-Übergangs an. Ein entsprechender Spannungsanstieg in der Driftsteuerzone 21 bedingt durch eine sich in der Driftsteuerzone 21 ausbreitende Raumladungszone verringert den Spannungsabfall über dem Driftsteuerzonendielektrikum 29 im Vergleich zu einem theoretischem Fall, bei dem die gesamte Driftsteuerzone 21 auf Drainpotential liegt. Je dicker das Driftsteuerzonendielektrikum 29 realisiert ist, umso höher ist dessen Spannungsfestigkeit, umso größer darf dieser Spannungsabfall sein und umso stärker kann der Spannungsverlauf in der Driftzone 11 von dem Spannungsverlauf in der Driftsteuerzone 21 abweichen, ohne dass das Driftsteuerzonendielektrikum 29 zerstört wird.When the MOS transistor structure is blocked, the electrical potential in the drift zone increases 11 starting from the drain zone 12 in the direction of the pn junction. A corresponding voltage increase in the drift control zone 21 due to a drift control zone 21 spreading space charge zone reduces the voltage drop across the drift control zone dielectric 29 compared to a theoretical case where the entire drift control zone 21 is at drain potential. The thicker the drift control zone dielectric 29 is realized, the higher its dielectric strength, the greater may be this voltage drop and the stronger the voltage curve in the drift zone 11 from the voltage waveform in the drift control zone 21 deviate without the drift control zone dielectric 29 gets destroyed.

Der Spannungsverlauf in der Driftsteuerzone 21 wird insbesondere bestimmt durch die Dotierungskonzentration in der Driftsteuerzone 21, die der Dotierungskonzentration der Driftzone 11 entsprechen kann und die für Bauelemente mit Sperrspannungen bis etwa 600 V im Bereich von etwa 1014 cm–3 liegen kann. Für höhere Sperrspannungen bis 2000 V kann die Dotierungskonzentration auf die Hälfte reduziert werden. Um eine Beschädigung des Bauelements zu vermeiden, sollte die Dotierungskonzentration der Driftsteuerzone 21 so auf die Dotierungsverhältnisse in der Driftzone 11, die Spannungsfestigkeit des Driftsteuerzonendielektrikums 29 und die gewünschte Spannungsfestigkeit des Bauelements abgestimmt sein, dass bei einer maximal zulässigen Sperrspannung (d. h. Laststreckenspannung bei sperrend angesteuertem Bauelement) kein Avalanche-Durchbruch in der Driftsteuerzone 21 auftritt und dass sich eine Raumladungszone in der Driftsteuerzone 21 so weit in der Stromflussrichtung ausbreitet, dass das aus den Feldstärkekomponenten in der Stromflussrichtung und senkrecht zu der Stromflussrichtung gebildete elektrische Feld die Durchbruchsfeldstärke des für die Driftsteuerzone 21 verwendeten Halbleitermaterials nicht überschreitet. Die Dotierungsverhältnisse in der Driftsteuerzone 21 können insbesondere so gewählt werden, dass die Driftsteuerzone 21 in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung bzw. senkrecht zu dem Driftsteuerzonendielektrikum 29 vollständig ausräumbar ist.The voltage curve in the drift control zone 21 is determined in particular by the doping concentration in the drift control zone 21 , that of the doping concentration of the drift zone 11 may correspond and which may be in the range of about 10 14 cm -3 for components with reverse voltages up to about 600 volts . For higher blocking voltages up to 2000 V, the doping concentration can be reduced to half. To avoid damage to the device, the doping concentration of the drift control zone should be 21 so on the doping conditions in the drift zone 11 , the dielectric strength of the drift control zone dielectric 29 and the desired dielectric strength of the device be tuned, that at a maximum permissible reverse voltage (ie load path voltage at blocking driven component) no avalanche breakthrough in the drift control zone 21 occurs and that a space charge zone in the drift control zone 21 propagates so far in the current flow direction that the electric field formed by the field strength components in the current flow direction and perpendicular to the current flow direction, the breakdown field strength of the for the drift control zone 21 used semiconductor material does not exceed. The doping ratios in the drift control zone 21 can be chosen in particular so that the drift control zone 21 in a direction perpendicular to the current flow direction or perpendicular to the drift control zone dielectric 29 is completely cleared out.

Bezug nehmend auf 2 kann optional ein Spannungsbegrenzungselement 34, beispielsweise eine in Sperrrichtung gepolte Zenerdiode, parallel zu dem Speicherkondensator 50 geschaltet sein, das die Spannung V50 über dem Speicherkondensator 50 nach oben hin begrenzt. Dieses Spannungsbegrenzungselement kann Bezug nehmend auf 4 insbesondere als MOSFET realisiert sein, der als Diode verschaltet ist. Eine Einsatzspannung dieses MOSFET (d. h. eine für eine leitende Ansteuerung minimal erforderliche Gate-Source-Spannung) bestimmt hierbei die maximal über dem Speicherkondensator 50 anliegende Spannung V50. Diese Einsatzspannung kann in hinlänglich bekannter Weise während des Herstellungsverfahrens, beispielsweise über die Dicke des Gatedielektrikums und/oder die Dotierung eines Bodygebiets dieses MOSFET, eingestellt werden.Referring to 2 Optionally a voltage limiting element 34 , For example, a reverse-biased zener diode, parallel to the storage capacitor 50 be switched, the voltage V50 across the storage capacitor 50 limited to the top. This Voltage limiting element may be referred to 4 be realized in particular as a MOSFET, which is connected as a diode. A threshold voltage of this MOSFET (ie, a minimum required for a conductive drive gate-source voltage) determines the maximum over the storage capacitor 50 applied voltage V50. This threshold voltage can be adjusted in a well-known manner during the manufacturing process, for example via the thickness of the gate dielectric and / or the doping of a body region of this MOSFET.

Bezug nehmend auf 2 kann optional ein weiteres Gleichrichterelement zwischen dem Gateanschluss G des Leistungshalbleiterbauelements und den der Driftsteuerzone zugewandten Anschluss des Speicherkondensators 50 vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform wird der Speicherkondensator 50 bei einer ersten leitenden Ansteuerung der MOS-Transistorstruktur, d. h. bei erstmaligem Anlegen einer Gate-Source-Spannung Vgs der Speicherkondensator 50 weiter aufgeladen, sofern die Gate-Source-Spannung Vgs größer ist als die sich aufgrund der Abschnürspannung des selbstleitenden Transistors 31 einstellende Kondensatorspannung V50. Der Verlauf der Kondensatorspannung V50 ist für diesen Fall strichpunktiert in 3 dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Kondensatorspannung V50 hierbei weiter anzusteigen, bis die Kondensatorspannung V50 den Wert der Gate-Source-Spannung Vgs erreicht. Entsprechend wird die Driftsteuerzone 21 auf ein elektrisches Potential aufgeladen, das der Gate-Source-Spannung Vgs abzüglich der bei leitender MOS-Transistorstruktur über der Laststrecke D–S anliegenden Spannung entspricht.Referring to 2 Optionally, a further rectifier element between the gate terminal G of the power semiconductor device and the connection of the storage capacitor facing the drift control zone 50 be provided. In this embodiment, the storage capacitor becomes 50 in the case of a first conductive activation of the MOS transistor structure, ie upon initial application of a gate-source voltage Vgs of the storage capacitor 50 further charged, provided that the gate-source voltage Vgs is greater than that due to the pinch-off of the normally-on transistor 31 adjusting capacitor voltage V50. The course of the capacitor voltage V50 is dash-dotted in this case 3 shown. At time t1, the capacitor voltage V50 starts to rise further until the capacitor voltage V50 reaches the value of the gate-source voltage Vgs. Accordingly, the drift control zone becomes 21 charged to an electrical potential corresponding to the gate-source voltage Vgs minus the voltage applied to the conductive MOS transistor structure across the load path D-S.

5 zeigt anhand des elektrischen Ersatzschaltbilds ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung. Alternativ zu der Darstellung in 2 ist das Leistungshalbleiterbauelement 10 in 5 als MOSFET T12 mit zwei Steuerelektroden dargestellt, von denen eine die Gateelektrode repräsentiert und von denen eine andere die Driftsteuerzone repräsentiert. Die Ansteuerung des selbstleitenden Transistors 31 abhängig von der Spannung V50 über dem Speicherkondensator 50 erfolgt bei der in 5 dargestellten Bauelementanordnung durch einen Spannungsteiler 36, 37, der parallel zu dem Speicherkondensator 50 geschaltet ist und der einen Mittenabgriff aufweist, der an den Steueranschluss des selbstleitenden Transistors 31 angeschlossen ist. Der Spannungsteiler 36, 37 ist in dem dargestellten Beispiel als kapazitiver Spannungsteiler mit zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren 36, 37 realisiert. Alternativ kann dieser Spannungsteiler auch als ohmscher Spannungsteiler mit hochohmigen Widerständen, oder als Spannungsteiler mit in Reihe geschalteten Zenerdioden realisiert werden. Möglich ist auch eine gemischte Realisierung dieses Spannungsteilers mit wenigstens einer Zenerdiode und wenigstens einem hochohmigen ohmschen Widerstand. Diese genannten Alternativen sind in den 6A bis 6C dargestellt. 5 shows on the basis of the electrical equivalent circuit diagram, another embodiment of a device arrangement according to the invention. Alternative to the illustration in 2 is the power semiconductor device 10 in 5 as MOSFET T12 with two control electrodes, one of which represents the gate electrode and another of which represents the drift control zone. The control of the normally-on transistor 31 depending on the voltage V50 across the storage capacitor 50 takes place at the in 5 shown component arrangement by a voltage divider 36 . 37 , which is parallel to the storage capacitor 50 is connected and has a center tap which is connected to the control terminal of the normally-on transistor 31 connected. The voltage divider 36 . 37 is in the illustrated example as a capacitive voltage divider with two series-connected capacitors 36 . 37 realized. Alternatively, this voltage divider can also be realized as an ohmic voltage divider with high-resistance resistors, or as a voltage divider with series-connected zener diodes. Also possible is a mixed realization of this voltage divider with at least one Zener diode and at least one high-ohmic resistor. These alternatives are mentioned in the 6A to 6C shown.

Eine Ansteuerspannung des selbstleitenden Transistors 31 entspricht bei der in 5 dargestellten Bauelementanordnung einer am Mittenabgriff des Spannungsteilers anliegenden Spannung V37. Diese Spannung V37 steht über das Teilerverhältnis des Spannungsteilers 36, 37 zu der Spannung über dem Speicherkondensator V50 in Beziehung. Die über die Ladeschaltung 30 eingestellte Spannung über dem Speicherkondensator 50 ist hierbei abhängig von der Abschnürspannung des selbstleitenden Transistors 31 und dem Teilerverhältnis des Spannungsteilers 36, 37. Bei dieser Ausführungsform kann ein selbstleitender Transistor 31 verwendet werden, dessen Abschnürspannung geringer ist als die gewünschte Speicherspannung V50 des Speicherkondensators 50.A drive voltage of the normally-on transistor 31 corresponds to the in 5 shown component arrangement of voltage applied to the center tap of the voltage divider voltage V37. This voltage V37 is above the divider ratio of the voltage divider 36 . 37 to the voltage across the storage capacitor V50 in relation. The over the charging circuit 30 set voltage across the storage capacitor 50 is dependent on the pinch-off voltage of the normally-on transistor 31 and the divider ratio of the voltage divider 36 . 37 , In this embodiment, a normally-on transistor 31 can be used, the pinch-off voltage is lower than the desired storage voltage V50 of the storage capacitor 50 ,

Die erfindungsgemäße Bauelementanordnung, die ein Leistungshalbleiterbauelement 10 mit einer Driftzone 11 und einer Driftsteuerzone 21, eine kapazitive Speicheranordnung 50 und eine Ladeschaltung 30 für die kapazitive Speicheranordnung 50 aufweist, ist nicht auf eine MOS-Transistorstruktur gemäß 1 beschränkt, sondern kann beliebige Leistungshalbleiterbauelemente mit einer Driftzone und einer Driftsteuerzone aufweisen.The component arrangement according to the invention, which is a power semiconductor component 10 with a drift zone 11 and a drift control zone 21 , a capacitive storage device 50 and a charging circuit 30 for the capacitive storage device 50 is not related to a MOS transistor structure according to 1 but may comprise any power semiconductor devices having a drift zone and a drift control zone.

So kann beispielsweise ein Leistungstransistor mit einer planaren Transistorstruktur vorgesehen werden, bei der die Gateelektrode – abweichend von der Darstellung in 1 – nicht in einem Graben des Halbleiterkörpers sondern oberhalb der Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Ein Inversionskanal in der Bodyzone verläuft bei einer solchen planaren Transistorstruktur in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers. Eine solche Struktur wird noch anhand von 9 erläutert werden.For example, a power transistor with a planar transistor structure can be provided, in which the gate electrode differs from the illustration in FIG 1 - Is not arranged in a trench of the semiconductor body but above the front of the semiconductor body. An inversion channel in the body zone runs in such a planar transistor structure in a lateral direction of the semiconductor body. Such a structure is still based on 9 be explained.

Darüber hinaus kann die Driftzone 11 komplementär zu der Drainzone 12 realisiert sein, was in 1 in Klammern dargestellt ist. Bei einem solchen Bauelement breitet sich die Raumladungszone im Sperrfall ausgehend von dem pn-Übergang zwischen der Drainzone 12 und der Driftzone 11 aus, wodurch das Gatedielektrikum 19 im Sperrfall vor hohen Spannungsbelastungen sicher geschützt wird. Sofern die Gateelektrode 18 so realisiert ist, dass der Inversionskanal in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zu dem Akkumulationskanal entlang des Driftsteuerzonendielektrikums 29 verläuft, ist bei dieser Variante eine Halbleiterzone 20 des gleichen Leitungstyps wie die Drainzone 12 vorzusehen, die sich in lateraler Richtung unterhalb der Bodyzone 14 von dem Inversionskanal entlang des Gatedielektrikums 19 bis an den Akkumulationskanal entlang des Driftsteuerzonendielektrikums 29 erstreckt.In addition, the drift zone 11 complementary to the drain zone 12 be realized in what 1 is shown in parentheses. In such a device, the space charge zone spreads in the blocking case, starting from the pn junction between the drain zone 12 and the drift zone 11 out, causing the gate dielectric 19 is securely protected against high voltage loads in the blocking case. If the gate electrode 18 is realized such that the inversion channel in the lateral direction of the semiconductor body is spaced from the accumulation channel along the drift control zone dielectric 29 runs, in this variant is a semiconductor zone 20 of the same conductivity type as the drain zone 12 provide, extending laterally below the body zone 14 from the inversion channel along the gate dielectric 19 to the accumulation channel along the drift control zone dielectric 29 extends.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Gateelektrode 18 und die Driftsteuerzone 21 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers übereinander anzuordnen, was anhand von 10 noch erläutert werden wird.Furthermore, there is the possibility of the gate electrode 18 and the drift control zone 21 to be stacked in the vertical direction of the semiconductor body, which is based on 10 will be explained.

Die Driftsteuerzone 21 kann grundsätzlich komplementär zu der Drainzone 12 dotiert ist oder kann vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 11 sein. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine oder beide dieser Zonen 11, 21 als undotierte bzw. intrinsische Halbleiterzonen zu realisieren.The drift control zone 21 can be basically complementary to the drain zone 12 is doped or may be of the same conductivity type as the drift zone 11 be. In addition, there is the possibility of one or both of these zones 11 . 21 to realize as undoped or intrinsic semiconductor zones.

Abweichend von der Darstellung in 1 können auch die Driftsteuerzone 21 und die die Driftsteuerzone 21 kontaktierenden Bauelementzonen auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Beispielhaft zeigt 7 eine Bauelementanordnung, bei der zwischen dem zweiten Anschlusskontakt 26 und der Driftsteuerzone 21 eine komplementär zu der Driftsteuerzone 21 dotierte Halbleiterzone 24 angeordnet ist, wobei optional zwischen dieser Halbleiterzone 24 und dem Anschlusskontakt 26 eine höher dotierte Anschlusszone 25 vorhanden ist, die zu einer Verringerung des Kontaktwiderstandes führt. Der Vorteil der Bauelementstruktur in 7 im Vergleich zu der Bauelementstruktur in 1 besteht darin, dass hier ein pn-Übergang vorhanden ist, der bei ansteigendem Potential in der Driftsteuerzone 22 sperrt, so dass für die Ausbreitung einer Raumladungszone in der Driftsteuerzone 22 eine Einwirkung der Bodyzone 14, 15 nicht erforderlich ist. Darüber hinaus bilden die p-Zonen 24, 15 mit der Bodyzone 14, 15 und dem dazwischen liegenden Abschnitt der Driftsteuerzone 19 eine Speicherkapazität, in der ein Teil der Ladungsträger aus der Driftsteuerzone 21 zwischengespeichert werden können.Deviating from the illustration in 1 can also change the drift control zone 21 and the drift control zone 21 contacting component zones can be realized in different ways. Exemplary shows 7 a component arrangement in which between the second terminal contact 26 and the drift control zone 21 one complementary to the drift control zone 21 doped semiconductor zone 24 is arranged, optionally between this semiconductor zone 24 and the connection contact 26 a higher doped junction zone 25 is present, which leads to a reduction of the contact resistance. The advantage of the component structure in 7 in comparison to the component structure in 1 is that there is a pn junction here, the potential rising in the drift control zone 22 locks, allowing for the propagation of a space charge zone in the drift control zone 22 an effect of the bodyzone 14 . 15 is not required. In addition, the p-zones form 24 . 15 with the bodyzone 14 . 15 and the intermediate portion of the drift control zone 19 a storage capacity in which part of the charge carriers from the drift control zone 21 can be cached.

Die zwischen der Drainzone 12 und der Driftsteuerzone 21 angeordnete Diode 41 ist bei der Bauelementanordnung gemäß 7 in dem Halbleiterkörper 100 integriert und umfasst ein sich an die Driftsteuerzone 21 anschließende komplementär zu dieser dotierte Halbleiterzone 411 und eine höher dotierte Halbleiterzone 412, die zwischen der Halbleiterzone 411 und der zweiten Anschlusselektrode 23 ausgebildet ist und die für einen niedrigen Kontaktwiderstand sorgt. Die erste Anschlusselektrode 23 und die Drainelektrode 13 der MOS-Transistorstruktur sind bei dieser Ausführungsform als gemeinsame Elektrodenschicht realisiert. Optional kann sich die Drainzone 12 in nicht näher dargestellter Weise bis unter die Driftsteuerzone 22 erstrecken. Die höher dotierte Anschlusszone 412 schließt sich in diesem Fall an die Drainzone 12 an.The between the drain zone 12 and the drift control zone 21 arranged diode 41 is in the device arrangement according to 7 in the semiconductor body 100 integrated and includes a to the drift control zone 21 subsequent complementary to this doped semiconductor zone 411 and a higher doped semiconductor region 412 that is between the semiconductor zone 411 and the second terminal electrode 23 is formed and which ensures a low contact resistance. The first connection electrode 23 and the drain electrode 13 The MOS transistor structure are realized in this embodiment as a common electrode layer. Optionally, the drain zone can 12 in a manner not shown to below the drift control zone 22 extend. The higher doped junction zone 412 closes in this case to the drain zone 12 at.

Anstelle einer Bipolardiode zwischen der Drainzone 12 und der Driftsteuerzone 21 kann in nicht näher dargestellter Weise auch eine Schottky-Diode verwendet werden. Bei einer weiteren nicht dargestellten Variante ist vorgesehen, zwischen der Drainzone 12 und der Driftsteuerzone 21 eine Bauelementstruktur mit einem Tunneldielektrikum vorzusehen, das es ermöglicht, dass das Potential der Driftsteuerzone 21 über das elektrische Potential der Driftzone 12 ansteigen kann.Instead of a bipolar diode between the drain zone 12 and the drift control zone 21 can also be used in a manner not shown, a Schottky diode. In another variant, not shown, is provided between the drain zone 12 and the drift control zone 21 to provide a device structure with a tunnel dielectric, which allows the potential of the drift control zone 21 about the electrical potential of the drift zone 12 can rise.

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, bei der das Leistungshalbleiterbauelement als Leistungsdiode mit einer Driftzone 11, einer komplementär zu der Driftzone 11 ausgebildeten Anodenzone 54 und einer Kathodenzone 52 des gleichen Leitungstyps wie die Driftzone 11 ausgebildet ist. Benachbart zu der Driftzone 11 und dielektrisch gegenüber der Driftzone 11 isoliert ist hierbei die Driftsteuerzone 21 angeordnet. Die Funktionsweise der in 8 dargestellten Bauelementanordnung bei sperrend angesteuerter Diode entspricht der Funktionsweise der zuvor erläuterten Bauelementanordnung mit einer MOS-Transistorstruktur. Die Leistungsdiode sperrt bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Kathodenzone 52 bzw. einem Kathodenanschluss K und der Anodenzone 54 bzw. einem Anodenanschluss A. Leitend angesteuert wird die Leistungsdiode durch Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Anodenzone 54 und der Kathodenzone 52. Die Funktionsweise der Driftsteuerzone zur Steuerung eines Akkumulationskanals in der Driftzone 11 entlang des Driftsteuerzonendielektrikums 29 entspricht hierbei der zuvor im Zusammenhang mit der MOS-Transistorstruktur erläuterten Funktionsweise der Driftsteuerzone. 8th shows an embodiment of a device arrangement according to the invention, in which the power semiconductor component as a power diode with a drift zone 11 , one complementary to the drift zone 11 trained anode zone 54 and a cathode zone 52 of the same conductivity type as the drift zone 11 is trained. Adjacent to the drift zone 11 and dielectric to the drift zone 11 isolated here is the drift control zone 21 arranged. The functioning of in 8th shown component arrangement with blocking driven diode corresponds to the operation of the previously described component arrangement with a MOS transistor structure. The power diode blocks when applying a positive voltage between the cathode zone 52 or a cathode terminal K and the anode zone 54 or an anode terminal A. Conductively controlled, the power diode by applying a positive voltage between the anode zone 54 and the cathode zone 52 , The operation of the drift control zone to control an accumulation channel in the drift zone 11 along the drift control zone dielectric 29 In this case corresponds to the operation of the drift control zone explained above in connection with the MOS transistor structure.

Das zuvor erläuterte Konzept ist in nicht näher dargestellter Weise auch auf Schottky-Dioden anwendbar. Die Struktur einer solchen Schottky-Diode entspricht grundsätzlich der Struktur einer Bipolardiode, mit dem Unterschied, dass anstelle eines pn-Übergang ein Schottky-Übergang vorhanden ist. Eine solche Schottky-Diode erhält man, wenn man bei der in 8 dargestellten Bipolardiode die Anodenzone 54 weglässt und ein geeignetes Metall für die Elektrode 56 wählt, das einen Schottky-Übergang mit der Driftzone 11 bildet.The previously discussed concept is applicable in a manner not shown also on Schottky diodes. The structure of such a Schottky diode basically corresponds to the structure of a bipolar diode, with the difference that a Schottky junction is present instead of a pn junction. Such a Schottky diode is obtained when using the in 8th Bipolar diode shown the anode zone 54 omits and a suitable metal for the electrode 56 that chooses a Schottky junction with the drift zone 11 forms.

Die kapazitive Ladungsspeicheranordnung 50 sowie die Bauelemente der Ladeschaltung 30 können als externe, d. h. außerhalb des Halbleiterkörpers 100 angeordnete, Bauelemente realisiert sein oder können alle oder teilweise in dem Halbleiterkörper 100 integriert sein. 9 zeigt für eine Bauelementanordnung mit einem MOS-Transistor als Leistungshalbleiterbauelement eine Möglichkeit zur Realisierung des selbstleitenden Transistors 31 der Ladeschaltung in demselben Halbleiterkörper 100 wie die MOS-Transistorstruktur. Die MOS-Transistorstruktur ist in dem dargestellten Beispiel als planare Transistorstruktur realisiert, die eine Gateelektrode 18 aufweist, die oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Die Gateelektrode 18 und das zwischen der Gateelektrode 18 und dem Halbleiterkörper 100 angeordnete Gatedielektrikum 19 weisen hierbei eine Aussparung auf, durch welche sich die Sourceelektrode 16 durch die Sourcezone 17 bis in die Bodyzone 14 erstreckt und dadurch die Sourcezone 17 und über eine hochdotierte Anschlusszone 15 die Bodyzone 14 kontaktiert. Die Sourceelektrode 16 ist hierbei mittels einer Isolationsschicht 161 gegenüber der Gateelektrode 18 isoliert. Die Bodyzone 14 ist bei dieser planaren Transistorstruktur so realisiert, dass sie die Sourcezone 17 in horizontaler und vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers umgibt. Die Driftzone 11 reicht hierbei abschnittsweise bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers. Ein Inversionskanal breitet sich bei geeignet angesteuerter Gateelektrode 18 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers zwischen der Sourcezone 17 und einem bis an die Vorderseite 101 reichenden Abschnitt der Driftzone 11 entlang des Gatedielektrikums 19 in der Bodyzone 14 aus.The capacitive charge storage device 50 as well as the components of the charging circuit 30 can be considered external, ie outside the semiconductor body 100 arranged, components may be realized or may all or partially in the semiconductor body 100 be integrated. 9 shows for a device arrangement with a MOS transistor as a power semiconductor device a possibility for the realization of the normally-on transistor 31 the charging circuit in the same semiconductor body 100 like the MOS transistor structure. The MOS transistor structure is realized in the illustrated example as a planar transistor structure, which is a gate electrode 18 which is above the front 101 the semiconductor body is arranged. The gate electrode 18 and that between the gate electrode 18 and the semiconductor body 100 arranged gate dielectric 19 in this case have a recess through which the source electrode 16 through the source zone 17 to the bodyzone 14 extends and thereby the source zone 17 and via a heavily doped connection zone 15 the bodyzone 14 contacted. The source electrode 16 is here by means of an insulating layer 161 opposite the gate electrode 18 isolated. The body zone 14 is realized in this planar transistor structure to be the source zone 17 in the horizontal and vertical direction of the semiconductor body surrounds. The drift zone 11 this extends in sections to the front 101 of the semiconductor body. An inversion channel propagates at suitably driven gate electrode 18 in the lateral direction of the semiconductor body between the source zone 17 and one to the front 101 reaching section of the drift zone 11 along the gate dielectric 19 in the body zone 14 out.

Der selbstleitende Transistor 9 weist bei der dargestellten Bauelementanordnung ebenfalls eine planare Transistorstruktur mit einer oberhalb der Vorderseite 101 angeordneten Gateelektrode 318 und einem zwischen der Gateelektrode 318 und dem Halbleiterkörper angeordneten Gatedielektrikum 319 auf. Diese Gateelektrode 318 und das Gatedielektrikum 319 weisen eine Aussparung auf, durch welche sich eine Sourceelektrode 316 in einer vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt und dort eine Sourcezone 317 und eine die Sourcezone 317 umgebende Bodyzone 314 kontaktiert. Eine höher als die Bodyzone 314 dotierte Anschlusszone 315 sorgt hierbei für einen niederohmigen Anschluss der Sourceelektrode 316 an die Bodyzone 314. Die Gateelektrode 318 des selbstleitenden Transistors 31 ist durch die Sourceelektrode 16 der Transistorstruktur des Leistungshalbleiterbauelements 10 kontaktiert.The self-conducting transistor 9 also has a planar transistor structure with one above the front side in the illustrated device arrangement 101 arranged gate electrode 318 and one between the gate electrode 318 and the semiconductor body arranged gate dielectric 319 on. This gate electrode 318 and the gate dielectric 319 have a recess through which a source electrode 316 in a vertical direction in the semiconductor body 100 extends into it and there a source zone 317 and one the source zone 317 surrounding body zone 314 contacted. One higher than the bodyzone 314 doped connection zone 315 ensures a low-resistance connection of the source electrode 316 to the bodyzone 314 , The gate electrode 318 of the normally-on transistor 31 is through the source electrode 16 the transistor structure of the power semiconductor device 10 contacted.

Die Bodyzone 14 des Leistungstransistors und die Bodyzone 314 des selbstleitenden Transistors 31 sind in dem Beispiel gemeinsam in der Driftzone 11 angeordnet. Die beiden Transistorstrukturen besitzen somit eine gemeinsame Driftzone 11 und eine gemeinsame Drainzone 12. Sie können in nicht dargestellter Weise jedoch auch getrennte Driftzonen aufweisen, indem beispielsweise eine Dielektrikumsschicht zwischen den Driftzonen dieser beiden Bauelemente angeordnet wird.The body zone 14 of the power transistor and the bodyzone 314 of the normally-on transistor 31 are common in the drift zone in the example 11 arranged. The two transistor structures thus have a common drift zone 11 and a common drain zone 12 , However, in a manner not shown, they can also have separate drift zones, for example by arranging a dielectric layer between the drift zones of these two components.

In nicht näher dargestellter Weise besteht auch die Möglichkeit, die Bodyzone 314 des selbstleitenden Transistors 31 in der Driftsteuerzone 21 anzuordnen. Der selbstleitende Transistor nutzt die Driftsteuerzone 21 dann als seine Driftzone, die über das Gleichrichterelement 41 an den Drainanschluss 13 gekoppelt ist.In a manner not shown, there is also the possibility of the body zone 314 of the normally-on transistor 31 in the drift control zone 21 to arrange. The normally-on transistor uses the drift control zone 21 then as its drift zone, over the rectifier element 41 to the drain connection 13 is coupled.

Eine weitere Möglichkeit zur Integration des Leistungshalbleiterbauelements 10 und des selbstleitenden Transistors 31 in einem gemeinsamen Halbleiterkörper 100 ist in 10 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 10 lediglich ein Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100 dargestellt. Die übrigen Schaltungskomponenten der Bauelementanordnung sind nicht dargestellt.Another way to integrate the power semiconductor device 10 and the normally-on transistor 31 in a common semiconductor body 100 is in 10 shown. For clarity, is in 10 only a cross section through the semiconductor body 100 shown. The remaining circuit components of the component arrangement are not shown.

Das Leistungshalbleiterbauelement 10 umfasst bei der dargestellten Bauelementanordnung eine MOS-Transistorstruktur, die entsprechend der anhand von 1 erläuterten Transistorstruktur realisiert ist, mit dem Unterschied, dass die Gateelektrode 18 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 oberhalb der Driftsteuerzone 21 angeordnet ist. Die Driftsteuerzone 21 beginnt bei dieser Bauelementanordnung in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers somit erst auf Höhe der Driftzone 11. Zwischen der Gateelektrode 18 und der Driftsteuerzone 21 ist eine Dielektrikumsschicht angeordnet, die bezüglich ihrer Dicke und ihres Aufbaus dem Gatedielektrikum entsprechen kann. Das Gatedielektrikum 19 und das Driftsteuerzonendielektrikum 29 können bei dieser Ausführungsform durch eine gemeinsame Dielektrikumsschicht, beispielsweise aus einem Halbleiteroxid, bestehen.The power semiconductor device 10 In the illustrated device arrangement comprises a MOS transistor structure, which according to the 1 explained transistor structure is realized, with the difference that the gate electrode 18 in the vertical direction of the semiconductor body 100 above the drift control zone 21 is arranged. The drift control zone 21 In this component arrangement in the vertical direction of the semiconductor body thus begins only at the height of the drift zone 11 , Between the gate electrode 18 and the drift control zone 21 a dielectric layer is arranged, which may correspond to the gate dielectric with regard to its thickness and its structure. The gate dielectric 19 and the drift control zone dielectric 29 may in this embodiment by a common dielectric layer, for example, consist of a semiconductor oxide.

Die Driftsteuerzone 21 kann in nicht näher dargestellter Weise abschnittsweise bis an die Vorderseite 101 reichen und dort kontaktiert werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, eine Anschlusselektrode (nicht dargestellt) vorzusehen, die abschnittsweise durch die Gateelektrode 18 bis in die Driftsteuerzone 21 reicht und die Driftsteuerzone 21 kontaktiert. Diese Anschlusselektrode ist hierbei elektrisch gegenüber der Gateelektrode 18 isoliert.The drift control zone 21 can in sections not shown in sections to the front 101 rich and be contacted there. Furthermore, it is possible to provide a connection electrode (not shown), which is partially connected through the gate electrode 18 to the drift control zone 21 ranges and the drift control zone 21 contacted. This connection electrode is in this case electrically opposite to the gate electrode 18 isolated.

In lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 schließt sich beiderseits der Bodyzone 14 eine Gateelektrode 18 und beiderseits der Driftzone 11 eine Driftsteuerzone 21 an. Die Drainelektrode 13 und die erste Anschlusselektrode 23 der Driftsteuerzone sind in dem dargestellten Beispiel als gemeinsame Elektrodenschicht realisiert. Zwischen der ersten Anschlusselektrode 23 und der Driftsteuerzone ist eine integrierte Diode 411, 412 angeordnet. Das Leistungshalbleiterbauelement 10 ist zellenartig aufgebaut und weist eine Vielzahl der in 10 dargestellten Transistorstrukturen auf, die parallel geschaltet sind.In the lateral direction of the semiconductor body 100 closes on both sides of the bodyzone 14 a gate electrode 18 and on both sides of the drift zone 11 a drift control zone 21 at. The drain electrode 13 and the first terminal electrode 23 the drift control zone are realized in the illustrated example as a common electrode layer. Between the first connection electrode 23 and the drift control zone is an integrated diode 411 . 412 arranged. The power semiconductor device 10 is cell-like and has a variety of in 10 represented transistor structures which are connected in parallel.

Der Halbleiterkörper 100 ist bei der in 10 ausschnittsweise dargestellten Bauelementanordnung in lateraler Richtung in eine Anzahl aktiver Bauelementabschnitte und Ansteuerabschnitte unterteilt, die jeweils abwechselnd angeordnet sind und zwischen denen jeweils eine Dielektrikumsschicht 29, 329 angeordnet ist. Einige der Bauelementabschnitte umfassen jeweils Abschnitte der Sourcezone 15, der Bodyzone 14, der Driftzone 11 und der Drainzone 12 der MOS-Transistorstruktur des Leistungshalbleiterbauelements. Benachbart zu diesen Bauelementabschnitten des Leistungshalbleiterbauelements 10 sind jeweils Steuerzonenabschnitte des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet, in denen jeweils Abschnitte der Gateelektrode 18 und der Driftsteuerzone 21 des Leistungshalbleiterbauelements 10 angeordnet sind.The semiconductor body 100 is at the in 10 fragmentary illustrated component arrangement in the lateral direction into a number of active component sections and drive sections divided, which are each arranged alternately and between each of which a dielectric layer 29 . 329 is arranged. Some of the component sections each include portions of the source zone 15 , the body zone 14 , the drift zone 11 and the drainage zone 12 the MOS transistor structure of the power semiconductor device. Adjacent to these component sections of the power semiconductor device 10 In each case control zone sections of the power semiconductor component are arranged, in each of which sections of the gate electrode 18 and the drift control zone 21 of the power semiconductor device 10 are arranged.

In anderen der aktiven Bauelementabschnitte des Halbleiterkörpers 100 Transistorstrukturen des selbstleitenden Transistors 31 realisiert. Jeder der Transistorstrukturen des selbstleitenden Transistors umfasst in vertikaler Richtung übereinanderliegend eine Drainzone 312, eine Driftzone 311, eine Bodyzone 314 sowie eine Sourcezone 317. Eine Sourceelektrode 316 erstreckt sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 durch die Sourcezone 317 bis in die Bodyzone 314, wobei eine hochdotierte Anschlusszone 315 einen niederohmigen Kontakt zwischen der Sourceelektrode 316 und der Bodyzone 314 gewährleistet. Die Gateelektrode 318 des selbstleitenden Transistors 31 ist in einem zu dem aktiven Bauelementabschnitt benachbarten Steuerzonenabschnitt angeordnet. Die Driftzone 311 des selbstleitenden Transistors 31 erstreckt sich benachbart zu der Gateelektrode 318 bis an die Sourcezone 317, wodurch bei nicht angesteuerter Gateelektrode 318 permanent ein leitender Kanal zwischen der Sourcezone 317 und der Drainzone 312 vorhanden ist, der bei geeigneter Ansteuerung der Gateelektrode 318 abgeschnürt werden kann.In other of the active device sections of the semiconductor body 100 Transistor structures of the normally-on transistor 31 realized. Each of the transistor structures of the normally-on transistor comprises a drain zone in the vertical direction one above the other 312 , a drift zone 311 , a bodyzone 314 as well as a source zone 317 , A source electrode 316 extends in the vertical direction of the semiconductor body 100 through the source zone 317 to the bodyzone 314 , wherein a highly doped junction zone 315 a low-resistance contact between the source electrode 316 and the bodyzone 314 guaranteed. The gate electrode 318 of the normally-on transistor 31 is arranged in a control zone section adjacent to the active component section. The drift zone 311 of the normally-on transistor 31 extends adjacent to the gate electrode 318 to the source zone 317 , whereby when not driven gate electrode 318 permanently a conductive channel between the source zone 317 and the drainage zone 312 is present, the suitable control of the gate electrode 318 can be cut off.

In dem dargestellten Beispiel sind jeweils zwei aktive Bauelementabschnitte, die aktive Bauelementzonen des selbstleitenden Transistors 31 enthalten benachbart zu einem Steuerzonenabschnitt, der die Gateelektrode 318 des selbstleitenden Transistors enthält, angeordnet. Die aktiven Bauelementabschnitte des selbstleitenden Transistors 31 schließen sich an der der Gateelektrode 318 abgewandten Seite an Steuerzonenabschnitte des Leistungshalbleiterbauelements 10 an. Um zu vermeiden, dass durch die Gateelektrode 18 des Leistungshalbleiterbauelements ein leitender Kanal in den aktiven Bauelementabschnitten des selbstleitenden Transistors 31 gesteuert wird, reicht die hochdotierte Anschlusszone 315 des selbstleitenden Transistors in lateraler Richtung bis an eine Dielektrikumsschicht 319 zwischen dem Steuerzonenabschnitt des Leistungshalbleiterbauelements 10 und dem aktiven Bauelementabschnitt des selbstleitenden Transistors 31 heran. Diese Anschlusszone 315 ist so hoch dotiert, dass durch die Gateelektrode 18 des Leistungshalbleiterbauelements kein leitender Kanal zwischen der Sourcezone 317 und der Driftzone 311 des selbstleitenden Transistors 31 hervorgerufen werden kann.In the illustrated example, two active component sections each are the active device zones of the normally-on transistor 31 included adjacent to a control zone section that houses the gate electrode 318 of the normally-on transistor. The active device sections of the normally-on transistor 31 close to the gate electrode 318 side facing away from the control zone sections of the power semiconductor device 10 at. To avoid getting through the gate electrode 18 of the power semiconductor device a conductive channel in the active device sections of the normally-on transistor 31 is controlled, the highly doped connection zone extends 315 of the normally-on transistor in a lateral direction as far as a dielectric layer 319 between the control zone section of the power semiconductor device 10 and the active device portion of the normally-on transistor 31 approach. This connection zone 315 is doped so high that through the gate electrode 18 of the power semiconductor device no conductive channel between the source zone 317 and the drift zone 311 of the normally-on transistor 31 can be caused.

Bei der Herstellung der in 10 dargestellten Bauelementstruktur wird zunächst ein Halbleiterkörper 100 mit abwechselnd angeordneten aktiven Bauelementabschnitten und Steuerzonenabschnitten hergestellt, wobei die einzelnen Bauelementabschnitte zunächst identisch sind und nur die Diodenstruktur im Bereich einer Rückseite 102 des Halbleiterkörpers und die den späteren Driftzonen entsprechenden Abschnitte aufweisen. Die Steuerzonenabschnitte sind in entsprechender Weise jeweils identisch aufgebaut und weisen die Gateelektroden und die für das Leistungshalbleiterbauelement erforderlichen Driftsteuerzonenabschnitte auf. Über hinlänglich bekannte Implantations- und Diffusionsschritte erfolgt dann die Herstellung der Source- und Bodyzonen in den aktiven Bauelementabschnitten, wobei durch geeignete Wahl der Implantations- und Diffusionsschritte entweder Source- und Bodyzonen für das Leistungshalbleiterbauelement 10 oder für den selbstleitenden Transistor 32 hergestellt werden. Abschnitte unterhalb der Gateelektrode 318 des selbstleitenden Transistors, die im Bereich des Leistungshalbleiterbauelements 10 die Driftsteuerzone bilden und die in 10 mit den Bezugszeichen 321 und 324 bezeichnet sind, können hierbei ungenutzt bleiben, so dass innerhalb der Driftzone 311 des selbstleitenden Transistors kein Akkumulationskanal gesteuert wird.In the production of in 10 The component structure shown is first a semiconductor body 100 produced with alternately arranged active device sections and control zone sections, wherein the individual component sections are initially identical and only the diode structure in the region of a rear side 102 of the semiconductor body and the later drift zones corresponding portions. The control zone sections are each constructed identically in a corresponding manner and have the gate electrodes and the drift control zone sections required for the power semiconductor component. By means of well-known implantation and diffusion steps, the source and body zones are then fabricated in the active device sections, either source and body zones for the power semiconductor device being selected by a suitable choice of the implantation and diffusion steps 10 or for the normally-on transistor 32 getting produced. Sections below the gate electrode 318 of the normally-on transistor which is in the region of the power semiconductor component 10 form the drift control zone and the in 10 with the reference numerals 321 and 324 can be unused, so that within the drift zone 311 the self-conducting transistor no accumulation channel is controlled.

Claims (17)

Bauelementanordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement (10), das aufweist: eine Driftzone (11), die zwischen einer ersten und einer zweiten Bauelementzone (12, 14, 52, 54) angeordnet ist, eine Driftsteuerzone (21), die benachbart zu der Driftzone (11) angeordnet ist und die durch eine Dielektrikumsschicht (29) gegenüber der Driftzone (11) dielektrisch isoliert ist, einer kapazitiven Speicheranordnung (50), die an die Driftsteuerzone (21) angeschlossen ist, einer Ladeschaltung (30), die zwischen die erste Bauelementzone (12; 52) und einen der Driftsteuerzone (21) zugewandten Anschluss der kapazitiven Speicheranordnung geschaltet ist wobei die Ladeschaltung (30) einen selbstleitenden Transistor mit einer Laststrecke und einem Steueranschluss aufweist, dessen Laststrecke zwischen die erste Bauelementzone (12; 52) und die kapazitive Speicheranordnung geschaltet ist und der abhängig von einer über der kapazitiven Speicheranordnung (50) anliegenden Spannung angesteuert ist.Component arrangement with a power semiconductor component ( 10 ) comprising: a drift zone ( 11 ) between a first and a second component zone ( 12 . 14 . 52 . 54 ), a drift control zone ( 21 ) adjacent to the drift zone ( 11 ) and through a dielectric layer ( 29 ) opposite the drift zone ( 11 ) is dielectrically isolated, a capacitive storage device ( 50 ) connected to the drift control zone ( 21 ), a charging circuit ( 30 ) between the first component zone ( 12 ; 52 ) and one of the drift control zones ( 21 ) facing the terminal of the capacitive storage device is connected, wherein the charging circuit ( 30 ) has a self-conducting transistor with a load path and a control terminal whose load path between the first component zone ( 12 ; 52 ) and the capacitive storage arrangement is connected and which depends on one above the capacitive storage arrangement ( 50 ) voltage is driven. Bauelementanordnung nach Anspruch 1, bei der der Steuer anschloss des selbstleitenden Transistors an einen der Driftsteuerzone (12) abgewandten Anschluss der kapazitiven Speicheranordnung gekoppelt ist.A device arrangement as claimed in claim 1, wherein the control is connected to the self-conducting transistor at one of the drift control zones (Fig. 12 ) facing away Connection of the capacitive storage device is coupled. Bauelementanordnung nach Anspruch 2, bei der der Steuer, anschloss des selbstleitenden Transistors über einen Spannungsteiler (36, 37) an den der Driftsteuerzone (12) abgewandten Anschluss der kapazitiven Speicheranordnung angeschlossen ist.Component arrangement according to claim 2, in which the control, connected to the normally-on transistor via a voltage divider (US Pat. 36 . 37 ) to the drift control zone ( 12 ) remote terminal of the capacitive storage device is connected. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein Spannungsbegrenzungselement (34) parallel zu der kapazitiven Speicheranordnung (33) geschaltet ist.A component arrangement according to one of the preceding claims, in which a voltage limiting element ( 34 ) parallel to the capacitive storage device ( 33 ) is switched. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Leitungshalbleiterbauelement als MOS-Transistor realisiert ist, bei dem die erste Bauelementzone (12) eine Drainzone bildet und die zweit Bauelementzone (14) eine Bodyzone bildet und der weiterhin aufweist: eine Sourcezone (17) eines zum Leitungstyp der Bodyzone (14) komplementären Leitungstyps, die sich an einer der Driftzone (11) abgewandten Seite an die Bodyzone (14) anschließt, eine Gateelektrode (18), die benachbart zu der Bodyzone (14) angeordnet und die dielektrisch gegenüber der Bodyzone (14) isoliert ist.Component arrangement according to one of the preceding claims, in which the line semiconductor component is realized as a MOS transistor, in which the first component zone ( 12 ) forms a drain zone and the second component zone ( 14 ) forms a body zone and further comprises: a source zone ( 17 ) one to the conductivity type of the Bodyzone ( 14 ) of complementary conduction type located at one of the drift zones ( 11 ) facing away from the body zone ( 14 ), a gate electrode ( 18 ), which are adjacent to the body zone ( 14 ) and the dielectrically opposite the body zone ( 14 ) is isolated. Bauelementanordnung nach Anspruch 5, bei der die Drainzone (12), die Driftzone (11) und die Sourcezone (17) vom gleichen Leitungstyp sind.Component arrangement according to Claim 5, in which the drain zone ( 12 ), the drift zone ( 11 ) and the source zone ( 17 ) are of the same conductivity type. Bauelementanordnung nach Anspruch 5, bei dem die Drainzone (12) vom gleichen Leitungstyp wie die Sourcezone (17) und die Driftzone (11) von einem zum Leitungstyp der Drainzone (12) und der Sourcezone (17) komplementären Leitungstyp ist.Component arrangement according to Claim 5, in which the drain zone ( 12 ) of the same conductivity type as the source zone ( 17 ) and the drift zone ( 11 ) from one to the conductivity type of the drain zone ( 12 ) and the source zone ( 17 ) is complementary conductivity type. Bauelementanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem ein Gleichrichterelement (35) zwischen die Gateelektrode (18) und die kapazitive Speicheranordnung (50) geschaltet ist.Component arrangement according to one of Claims 5 to 7, in which a rectifier element ( 35 ) between the gate electrode ( 18 ) and the capacitive storage arrangement ( 50 ) is switched. Bauelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Leistungshalbleiterbauelement als Diode realisiert ist, bei dem die erste Bauelementzone (12) und die zweite Bauelementzone (14) jeweils eine der Anoden- und Kathodenzonen bilden.Component arrangement according to one of Claims 1 to 5, in which the power semiconductor component is realized as a diode, in which the first component zone ( 12 ) and the second component zone ( 14 ) each form one of the anode and cathode zones. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftsteuerzone (21) an einer der kapazitiven Speicheranordnung (50) abgewandten Seite an die erste Bauelementzone (12) angeschlossen ist.Component arrangement according to one of the preceding claims, in which the drift control zone ( 21 ) on one of the capacitive storage devices ( 50 ) facing away from the first component zone ( 12 ) connected. Bauelementanordnung nach Anspruch 10, bei der ein Gleichrichterelement (41) zwischen die Driftsteuerzone und die erste Bauelementzone (12) geschaltet ist.Component arrangement according to Claim 10, in which a rectifier element ( 41 ) between the drift control zone and the first device zone ( 12 ) is switched. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der selbstleitende Transistor (31) in demselben Halbleiterkörper wie das Leistungshalbleiterbauelement integriert ist.Component arrangement according to one of the preceding claims, in which the normally-on transistor ( 31 ) is integrated in the same semiconductor body as the power semiconductor device. Bauelementanordnung nach Anspruch 12, bei der das Leistungshalbleiterbauelement (10) und der selbstleitende Transistor (31) eine gemeinsame Driftzone besitzen.Component arrangement according to Claim 12, in which the power semiconductor component ( 10 ) and the normally-on transistor ( 31 ) have a common drift zone. Bauelementanordnung nach Anspruch 12, bei der der selbstleitende Transistor (31) eine Bodyzone aufweist, die in der Driftsteuerzone (21) angeordnet ist.Component arrangement according to Claim 12, in which the normally-on transistor ( 31 ) has a body zone that is in the drift control zone ( 21 ) is arranged. Bauelementanordnung nach Anspruch 12, bei der der selbstleitende Transistor eine von der Driftzone (11) des Leistungshalbleiterbauelements (10) und von der Driftsteuerzone (21) des Leistungshalbleiterbauelements getrennte Driftzone (311) aufweist.A device arrangement according to claim 12, wherein the normally-on transistor is one of the drift zone ( 11 ) of the power semiconductor device ( 10 ) and the drift control zone ( 21 ) of the power semiconductor device separate drift zone ( 311 ) having. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Driftsteuerzone (21) aus einem monokristallinen Halbleitermaterial besteht.Component arrangement according to one of the preceding claims, in which the drift control zone ( 21 ) consists of a monocrystalline semiconductor material. Bauelementanordnung nach Anspruch 16, bei dem eine Dotierungskonzentration der Driftsteuerzone (21) wenigstens abschnittsweise wenigstens annähernd einer Dotierungskonzentration der Driftzone entspricht.A device arrangement according to claim 16, wherein a doping concentration of the drift control zone ( 21 ) at least partially corresponds to at least approximately a doping concentration of the drift zone.
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